Patent KR-0132162-B1 (KR)
Inventor: BORGEIR SKAUGEN
IPC: D21G9/00
Filed: 1990-02-05
Granted: 1998-04-13
Abstract: 본 출원은 1987. 2. 13자 출원되어, 현재 계류중인 미합중국 특허 출원 제 014,569호의 일부 계속출원이다. 
     발명의 배경 
     발명의 분야 
     본 발명은 제지기의 건조부에서 종이웨브를 지지건조(restrained drying) 시키는 방법, 보다 상세하게는 종이웨브의 가장자리 말림(edge curling)을 방지하기 위해 종이웨브의 횡기계방향  수축을 억제하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 
     종이웨브 제조시, 형성된 웨브를 프레스부에서 가압하여 상당량의 습기를 제거하고, 이어서 건조부에 도입하여 습기를 더 제거함으로써 원하는 특성을 가지는 웨브를 얻게된다. 
     전형적인 건조부는 다수의 건조기, 즉 제1열의 건조기(상부 건조기그룹)와 제2열 건조기(하부 건조기그룹)를 포함한다. 웨브는 상, 하부 건조기를 S자곡선을 이루며 통과함으로써 웨브의 양면은 순차적으로 건조기의 외면에 노출된다. 
     상기 장치에서 상부 건조그룹에는 상부 건조기 펠트(felt)가 감겨져 있고, 하부 건조기그룹에는 하부  건조기 펠트가 감겨져 있다. 이상, 하부 펠트는 웨브가상, 하부 건조기 그룹의 둘레를 타고 진행하는 동안에 웨브의 횡기계방향 수축을 억제한다. 그러나, 상기 장치에서는 웨브가 상부건조기 그룹과 하부 건조기 그룹사이에 위치하는 동안에는 상, 하부의 펠트중 어느것도 웨브를 지지하지 않는다는 문제점이 있다. 종래, 완성된  웨브의 가장자리 말림 및 주름을 방지하기 위한 시도의 하나로서, 상, 하부 건조기의 둘레에 단일 건조기 펠트를 설치하여 웨브와 함께 진행시킴으로써 웨브가 펠트에 의해 항상 지지되도록 하는 방법이 있다. 그러나, 이방법에서는 펠트가 웨브와 하브 건조기 사이에 존재함에 의해 하부 건조기가 기능을 할 수 없으며, 웨브가 하부 건조기를 통과하는 동안 이 웨브는 펠트의 외면에 배치되므로 웨브가 펠트에 대해 펄럭이는 경향(fluttering)이 있다. 이 같은 펄럭임이 일어난다는 것은 웨브가 하부 건조기 드럼을 통과하는 동안에 지지되지 않는다는 것을 의미한다. 
     이상적으로는 웨브가 건조부를 통과하는 전과정 동안 웨브의 횡기계 방향 수축이 억제되어야 한다. 이와 같은 이상적인 조건은 1987.2.13자 출원되어 계류중인 미합중국 특허 출원 제014,569호에 제시되어 있는 토탈벨런(TOTAL BEL RUN) 장치를 채용하여 달성한다. 
     상기 특허 출원 제014,569호에 의하면 서로 접촉배치된 웨브와 펠트가  단일 건조기 그룹과 진공안내로울의 둘레를 교대로 통과하게 된다. 
     여기서 진공 안내로울은 전술한 단일펠트를 채용한 장치의 하부 건조기 드럼 대신  사용한 것이다. 이 진공안내로울을 웨브가 안내로울의 둘레를 통과하는 동안에 웨브를 안내로울쪽으로 진행시켜 웨브가 진공안내로울의 둘레를 통과하는 동안에 웨브를 펠트에 대해 가압시키며, 이에 의해 웨브의 횡기계방향 수축을 억제한다. 
     따라서, 웨브가 건조기 둘레를 통과하는 동안은 물론이고 진공안내로울의 둘레를 통과하는 동안에도 웨브이 횡기계방향 수축이 억제될 수 있다. 또한, 진공안내로울의 직경이 건조기의 직경보다 훨씬 작게 되어 있으므로 건조기와 안내로울 사이에서 웨브와 펠트가 접합상태로 진행하게 되고, 이에 의해 웨브는 건조부의 거의  전과정을 통해 횡기계방향 수축이 억제된다. 
     진술한 횡기계방향 수축의 억제에 의해 웨브의 가장자리  말림 및 주름의 발생이 감소되고, 완성된  웨브의 가장자리의 입상성(graininess)이 감소된다. 또한, 위와 같은 억제에 의해 헤드박스의 슬라이스 구멍이 더욱 균일해지고, 횡방향 섬유 배향성이 향상된다. 
     종래의 건조 공정중에 발생하는 균일하지 않은 횡방향 웨브 수축의 정도를 측정하기 위해 여러 가지 실험을 실시한 결과, 이같은 균일하지 않은 수축은 헤드박스 슬라이스의 형상, 섬유의 배향, 웨브의 신장  및 인장에너지 흡수가 그 원인이 된다는 것이 밝혀졌다. 
     1980년에 출판된 The Dicitionary of Paper(제4판)에  따르면 인장에너지 흡수 (이하, TEA 라함)라 함은 인장응력에 의해 종이 샘플이 파괴될 때 흡수되는 에너지를  의미한다. 그 단위는 예로써 Kg.Cm/㎠로 표시되며, 이는 거칠게 다루어지는 포장재료의 측정에 유용하다. 
     전술한 TOTAL BEL RUN 개념에 예시되어  있는 바와 같이 토탈노드로우(total no-draw)  건조부에 의해 가해지는 연속건조억제는 횡방향 신장과를  TEA를 제어함에 의해 완성된 웨브의 특성에 직접적인 영향을 준다. 또한, 이와같이 수축이 감소되면 웨브 가장자리의 주름 및 입상성이 감소한다. 
     상기 사전에 따르면 주름이라함은 비균일한 건조와 수축으로 인한 시트의 주름진 상태로, 이는 건조시 거의 억제되지 않은 종이에서 종종 발생한다라고 정의하고 있다. 
     또한, 입상성'이라 함은 와이어 또는 펠트 무늬, 색상의 불규칙한 분포, 및 건조시 비균일한  수축등과 같은 여러 가지 원인에 의해 발생하는 종이 또는 판의 표면상의 작은 변화라고 정의한다. 
     또한, 웨브의 횡방향 수축을 억제시킴에 의해 헤드박스의 슬라이스립의 구멍은 더욱 균일하게 유지되며,  개선된 횡방향 섬유배향성을 얻을 수 있다. 
     전술한 토탈밸런에서는 다수의 건조기와 진공로울 사이에서 웨브를 철저하게 지지하는 상태로 이송시킨다. 이 장치는 웨브의 스레팅(threading), 기계작동능력 및 웨브의 특성면에 있어 우수하다. 
     종래기술의 건조부에서는 젖은 종이를 주철로된 증기가열식 건조기와 간헐적으로 접촉시킴에 의해 건조시킨다. 종이와 건조기 사이의 열적 접촉은 긴장시킨 건조기 직물에 의해 유지되는데, 이 건조기 직물은 종이가 건조기의 둘레에 감겨질 때 종이에 압력을 가한다. 건조기의 직경에 따라 8-12파운드/인치의 (PL1) 전형적인 직물인장력은 6-10인치 워터게이지에 (WG) 해당하는 0.25-0.35 PSI의 직물압력을 가한다. 전술한 직물압력은 건조접착을 향상시킬 뿐 아니라 종이가  수축하지 않도록 종이에 수축 억제력을 부여한다. 그러나, 이와같은 수축억제력은 웨브가 건조기 실린더 사이를 통과함에 따라서 점차적으로 완화된다. 
     상기 직물 압력은 기계방향의 인장력을 가지므로  기계방향의 수축억제력을 계속 발휘하지만 횡기계방향에 대해서는 수축억제력을 발휘하지 못한다. 
     따라서 종이는 횡기계방향으로의 수축, 특히 종이웨브의 가장자리에서 발생하는 수축은 피할 수 없다. 종이웨브의 중심부분은 이 중심부의 외측부에 의해 적어도 부분적으로  수축억제력이 가해지므로 웨브의 가장자리보다는 수축이 다소완화된다. 
     위와같은 불규칙한 횡기계방향의 수축이 불규칙하게 발생하면 종이웨브의 특성(예, 스트레치, TEA, 인장성)이 불규칙해진다. 
     스트레치(stretch)라 함은 인장강도의 측정시 파괴점에서의 신장율로서,  통상 최초의 길이에 대한 백분율(%)로 표시된다. 
     웨브 가장자리의 횡방향 수축이 과도하면 웨브의 주름잡힘, 말림 및 입상성이 더욱 악화된다. 
     말림(curl)이라 함은 종이 샘플의 일면이 젖었을 때 발생하는 만곡상태로서, 이에 의해 사이징(sizing)의 정도를 측정한다. 
     수축억제력은 또한 가습팽창도(hygroexpansivity)를 증가시키며, 섬유배향에 악영향을 미친다. 가습팽창도라함은 대기의 상대습도변화에 따라 발생하는 종이치수의 변화를 말하는 것으로, 보통 백분율로 표시되는데 횡기계방향 가습팽창도가 기계방향 가습팽창도보다 수배나 높다. 이 특성은 종이시트,  종이카드 또는 건축용 보드(벽보드, 방음타일 등)등 그치수가 정확해야 하는 분야에서 매우 중요한 인자가 된다. 
     시판 제지기의 비균일성을 측정하고, 비균질한 수축이 제지기의 동작과 완성된 종이웨브의 특성에 미치는 영향을 측정하기 위한 다양한 실험을 실행하였다. 
     웨브의 횡방향 수축은 웨브가 헤드박스의 슬라이스 립으로부터 방출될 때 웨브상에 미세한 잉크방울을 떨어뜨리는 방법으로 측정하였다. 즉, 젖은 웨브상에 표시된 잉크표시 사이의 이 거리를 건조된 웨브상에 표시된 잉크 표시 사이의 거리를 서로 비교하여 횡방향 수축정도를 측정하였다. 
     정밀제지기를 이용한 실험결과, 수축이 매우 불균일(거의 포물선을 이룸)했다. 예상한대로, 횡방향  수축억제력이 가정적게 작용하는 웨브의 가장자리에서 최고치의 수축이 발생하였고, 웨브의 중심부, 즉 이 중심부의 외측부로부터 적어도 부분적으로 수축억제력이 가해지는 중심부에서는 최저치의 수축이 발생하였다. 
     이어서, 횡방향 종이샘플의 웨브턱성상의 여러 가지 변화를 측정하기 위한 실험을 행하였다. 그 결과는 이하에서 상술한다. 이 결과는 기계방향 스트레치가 횡방향에서 매우 균일하다는  것을 보여주는데, 이는 기계방향 스트레치가 기계방향의 인장력에 의해 제어되기 때문이다. 
     그러나, 횡기계방향의 스트레치는 매우 불균일한데,  이는 횡방향 수축의 직접적인 영향으로 생각된다.  다시 말해서, 최고치의 스트레치는 최고치의 수축이 발생하는 웨브의 가장자리부에서 발생한다. 
     또한 동일한 종이샘플에 대해 기계방향의 인장강도와 횡기계방향의 인장강도를 비교하였다. 
     인장강도라함은 소정의 조건하에서 종이 샘플 파단전에 발생하는 최대 인장응력을 말하는 것으로, 이는 통상 힘/종이의 폭단위로 표시한다. 
     후술하는 바와같이, 기계방향 인장강도는 매우 균일한데, 이것 역시 횡방향으로의 변화가 없는 기계방향  인장력에 의해 부분적으로 영향을 받기 때문이다. 그러나, 횡방향 인장강도는 횡방향 인장강도는 비균일 하며, 약간 포물선 형상의 그래프가 그려진다. 최대치의 횡방향 수축이 발생하는 웨브의 가장자리 근처에서는 최소치의 인장강도가 발생한다. 
     전술한 실험으로부터 웨브의 중심부에서의 횡방향 수축 억제력이 증가하면 인장강도의 증가와 함께 스트레치가 감소함을 알 수 있다. 
     횡방향 인장강도는 횡방향으로 변화하고, 기계방향  인장강도는 매우 균일하게 유지되므로 인장강도비  또한 변화한다(웨브의 가장자리에서 인장강도는 최고치가 된다). 
     인장강도비는 횡방향 인장강도 대 기계방향 인장강도비로서, 이에 대해서는 이하에서 상술한다. 동일한 웨브샘플에 대해 TEA 실험을 실시하였다.  횡방향 TEA는 횡방향의 비균일도를 반영하였다.  그러나, 이 TEA치는 CD스트레치와 같은 정도의 변화를 나타내지는 않는데, 이는 기계중심 부근의 스트레치 손실이  인장강도의 증가에 의해 상쇄되기 때문이다. 
     웨브 가장자리 부근에서 발생하는 수축증가는 헤드박스의 성능에 악영향을 미친다. 리일(reel)에서의 레벨바이어스(level basis) 중량을 발생시키기 위해 웨브 가장자리 부근의  슬라이스 구멍은 폐쇄되어야 한다. 이같이 슬라이스 구멍을 폐쇄시키면 웨브가장자리 부근의 바이어스 중량이 감소하여 웨브가장자리에서 발생하는 높은 수축이 보상된다. 이와 같이 바이어스 중량이 감소하면 종이는 그 가장자리가 경량인 상태로 프레스부 및 건조부를 통과한다. 이 종이의 가장자리는 이 가장자리가 수축함에 따라 무거워지게 된다. 
     바이어스 중량이라 함은 특정 바이어스 치수로 절단한 림(ream)의 중량 (파운드)로서, 1립의 통산 500매의 종이로 되어 있다. 
     전술한 비균일한 슬라이스 구멍은 횡유동(cross flow)을 유발시킴에 의해 섬유 배향의 비틀어짐을 야기한다고 알려져 있다. 
     전술한 종이샘플의 섬유 배향을 음파계수(sonic modulus)를 이용하여 측정하였다. 섬유배향은 기계방향에 대한 포락선의 주축선의 각도로서 나타낸다. 양의 각도는 섬유가 웨브의 후면을 향해 배향된 것을 나타내고, 음의 각도는 섬유가 전면을 향해 배향된 것을 나타낸다. 
     모든 섬유들은 예상한 바와 같이 기계의 중심선을 향해 배향되었는데,  이것은 웨브가장자리의 수축을 보상하기 위해 웨브 가장자리 부근에서 폐쇄되기 때문이다. 
     전술한 바와같은 수축억제상태로 건조한 웨브는 수축억제되지 않은 상태로 건조한 사판웨브보다 이점이 있다. 
     균일한 슬라이스 개구를 가진 레벨 중량을 달성하기 위해서는 횡방향 수축을 제어해야 한다. 횡방향 수축은 습기제거시 발생하므로 대부분의 수축은 물이 번지는 오픈드로우(open draw) 위치에서 발생한다. 수축을 줄이기 위해서는 상기 오픈 드로우를 철저한 수축억제수단으로 대체해 주어야 한다. 
     오픈 드로우를 제거하기위한 일반적인 장치는 단일 펠트 건조부 또는 s자 곡선을 이루는 건조장치이다. s자 곡선의 건조 장치는 오픈 드로우를 제거할 수는 있으나, 오픈 드로우를 철저한 수축 억제와 대체하는  것은 아니며, 웨브의 일면만을 건조시킨다. 
     그러나, 전술한 토탈벨런에서는 그 s자 곡선을 이루는 건조기중 하측의 기능 불능 건조기를 진공로울로 대체한다. 이 장치에서는 미합중국 특허출원 제 014,569호에 기재되어 있는 바와 같이 상부의 펠티드 단일 건조기 그룹과 하부의 펠티드 단일 건조기 그룹 사이에서 교호시킴에 의해 양면 건조가 유지된다. 
     전술한 단일 건조기 그룹의 중간 진공 로울은 후술하게될 실험실용 직물 진공 박스와 같은 작용을 한다. 진공은 웨브가 건조기 사이에서 이송될 때 건조기 직물 압력에 의해 가해지는 수축억제력을 유지한다. 
     종래의 s자 곡선은 블로우박스에서 발생되는 진공은 통상 0.1-0.2 인치수주(inches uater column)로서,  이는 수축 억제력을 제공하기에는 불충분하다. 또한, 이같은 저수준의 진공은 전체진공건조기에 주위에 연장되지 않는다. 상부 건조기들 사이에서 웨브 길이가 보다 길게되어 있으므로 종래의 s자곡선형 펠트 건조기부에서의 건조 사이클중 상당 부분은 수축억제되지 않은 상태로 진행한다. 
     진공로울의 6-8인치 수주 수준의 진공수준은 건조기 직물에 의해 가해지는 억제력과 동일하다. 이러한 진공수준은 또한 확실한 수축억제를 위해 요구되어지는 수준이다. 
     여러 가지 실험에 사용된 웨브 수축억제력을 연속적으로 가하였으며, 상용  제지기의 특성 향상을 달성하기위하여 웨브가 최대로 수축하는 부분에 연속적으로 건조 수축억제력을 가하였다. 자연 발생적인 수축 억제력이 가해지지 않은 수축 특성을 측정하기 위해 실험용 제지기에 대해서 여러 가지 실험을 실시하였다. 
     사용된 제지기에서 웨브가 40-60% 건조 상태가  되었을  때 횡방향 수축은 매우 낮다. 웨브의 건조상태가 60%에 이르면 수축이 증가하여 웨브가 거의 건조할때까지 높은 건조율로 계속 증가한다. 
     s자 형 곡선 건조기 그룹 또는 경우에 따라 단일 건조 그룹 건조기를 건조부의 젖은 단부에 사용하였다. 이는 제지기의 작동성능을 향상시키기 위해 사용한 것이었다. 그러나, 60%이상의 건조상태에서 수축이 증가되므로, 종이의 특성을 개선하기 위해 그리고 제지기의 작동성능과 웨브의 질을 개선하기 위해 제지기의 건조  단부 부근에 단일 그룹의 건조부를 설치해야 하며, 전술한 미합중국 특허 제  014,569호에 기재되어 있는 바와 같이 전체 건조기부에 단일 그룹의 건조기부를 설치해야 한다. 
     따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 건조방법의 단점을 해소하는 건조방법을 제공하는 것이며, 종이 건조기술에 지대한 공헌을 할 수 있는 건조방법을 제공하는 것이다. 
     본 발명의 또다른 목적은 건조기부에서 종이웨브를 수축억제상태로 건조하는 방법을 제공하는 것으로 이 방법은 웨브와 펠트가 건조기부의 건조기 둘레를 통과하는 동안에 웨브에 펠트를 감는 단계 및 이어서 건조기의 하류측에 배치된 안내장치의 일부의 둘레에 웨브를 감아서 웨브의 가장자리의 말림을 최소화시키는 단계를 포함한다. 
     본 발명의 또다른  목적은 웨브가 안내장치를 통과하는 동안에 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하며, 웨브의 가장자리의 말림을 방지하는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 종이웨브의  가장자리의 주를 입상성을 감소시키기위한 종이웨브의 수축억제 건조방법을 제공하는 것이다. 
     본 발명의 다른 목적은 슬라이스 구멍을 더욱 균일하게 하여 횡방향의 섬유배향을 개선하는 방법을 제공하는 것이다. 
     본 발명의 다른 목적과 장점은 첨부한 도면을 참고하여 설명한 본 발명의 상세한 설명 및 첨부한 특허청구의 범위로 부터 명확해질 것이다. 
     발명의 요약 
     본 발명은 종이 웨브의 수축 억제 건조 방법에 관한 것으로, 이방법은  웨브와 펠트가 건조기부의 건조기둘레를 통과하는 동안에 웨브에 펠트를 감는 단계 및 이어서 건조기의 하류측에 배치된 안내장치의 일부의 둘레에 웨브를 감아서 웨브의 가장자리의 말림을 최소화시키는 단계를 포함한다. 
     보다 상세하게는 본 발명의 방법은 회전식 원통 건조기의 외면의 일부의 둘레를 웨브가 통과하는 동안에 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하는 단계, 상기 웨브를 건조기로부터 이건조기의 하류측에 인접 설치된 웨브안내장치로 이송시키는 단계, 안내장치에 외면의 일부의 둘레에  웨브를 감는단계 및 웨브가 안내장치를 통과하는 동안에 웨브의 횡기계 방향수축을 억제하여 웨브의 가장자리 말림을  방지하는 단계를 포함한다. 특히 상기 외면의 둘레를 웨브가 통과하는 동안에 웨브의 수축을 억제하는 단계는 웨브가 펠트와 상기 외면 사이에 개재하도록 웨브를 펠트로 감아서 이 펠트가 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하도록 하는 단계를 포함한다. 
     또한, 웨브를 건조기로부터 웨브안내장치로 이송시키는 단계는 웨브가 펠트와 건조기 사이에 배치되도록 건조기로부터 웨브안내장치까지 웨브와 펠트를 결합된 상태로 통과시키는 단계를 포함한다. 
     또한, 안내장치의 외면의 일부의 주위에 웨브를 감는 단계는 펠트가  안내장치의 외면의 일부와 웨브사이에 개재하도록 웨브와 이 웨브의 접촉 배치된 펠트를 안내장치의 외면의 일부의 주위에 감는 단계를 포함한다. 또한, 상기 안내장치의 외면의 일부의 둘레에 웨브와 펠트를 감는 단계에는 펠트와의 마찰접촉에 의해  안내장치를 회전시키는 단계가 포함한다. 
     상기 안내로울을 통과하는동안에 웨브의 수축을 억제하는 단계는 회전식 안내로울인 안내장치의 외면과 웨브사이에 펠트를 개재시켜 웨브가 회전식 안내로울의 둘레을 통과하는 동안에 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하는 단계를 포함한다. 
     상기안내로울을 통과하는 동안에 웨브의 수축을 억제하는 단계는 웨브와 펠트가 안내로울을 통과하는 동안에 웨브와 펠트가 가압밀착되도록 웨브쪽에서 안내로울쪽으로 공기류를 송풍시킴에 의해 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하는 단계를 포함한다. 
     본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.